CN102734366B - 一种复合橡胶垫板与其制备方法以及垫板坯件联合成型机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合橡胶垫板与其制备方法以及复合橡胶垫板坯件联合成型机，尤其是用于工作环境恶劣的铁路钢轨与混凝土轨枕之间的复合橡胶垫板及其制备方法和制备该复合垫板的专用设备。复合橡胶垫板由面胶层和芯层构成，芯层是垫板的主承力结构，由高强度、高韧性纤维纺织成的帘子布或子口布与混炼胶构成的一个夹胶布叠合的复合层。本发明采用复合增强橡胶代替单纯橡胶制品，明显提高了橡胶产品的抗压强度、耐磨强度和抗蠕变性能，延长了使用寿命，降低铁路维修成本，并扩大复合橡胶垫板使用的环境温度范围和应用领域。其次还提供了适合大规模的工业化生产的增强材料和增强方式的选择及其相配套的工艺路线，保证其产品质量可靠性和均一性。

Description

一种复合橡胶垫板与其制备方法以及垫板坯件联合成型机

技术领域

本发明涉及铁路轨道结构中钢轨与混凝土轨枕之间的垫板或其他领域的减震缓冲复合橡胶垫层，特别是复合橡胶垫板与其制备方法以及该复合橡胶垫板坯件联合成型机，属于橡胶制品及其生产技术领域。

背景技术

现代的许多动力设备和抗震房屋都需用减震缓冲装置，同样的，现代铁路大都采用钢筋混凝土轨枕来支承钢轨，为了缓和列车运行中的冲击力，必须在轨下、甚至枕下置入缓冲垫板（层）。这类缓冲垫的外形尺寸、材料、性能指标必须符合铁道行业标准。目前使用的垫板绝大多由单纯的橡胶制成，而且此类垫板是基于手工制作，产品质量良莠不齐。它在车轮反复碾压和扣件扣紧力长期、持续作用下，尤其夏季的高温环境影响，容易变形、鼓胀、磨损和粘连，弹性衰退较快，冬季低温还会因橡胶发硬而大幅度降低弹性。因而其使用效果受温度条件的制约，同时容易磨损使用寿命较短，提高了线路维修费用。国内外许多研究者都在不断提出新型垫板方案，以改进其性能。其技术路线可归纳为两类：一是用新的聚合材料代替橡胶，如聚胺酯树脂弹性体之类，此类材料弹性虽好，但抗冲击、抗撕裂强度不如橡胶，同时其价格高，因此是用量极大的铁路难以接受的；二是采用复合手段增强橡胶，可降低成本，这是比较现实的。近十余年来先后研制出几种不同的增强型垫板，例如1998年6月3日公告的，公开号为2283079的中国实用新型专利，公开了一种“枕上强力橡胶垫板”。其主要特征是在垫板中设置了一层强力层，它是由金属网和尼龙纤维绳经纵横交错编织构成的骨架。这种和其他新发明的类似垫板的确能提高强度，延长使用寿命，但在不同温度环境下也需要选择不同的垫板，其次还存在构造复杂、制作困难、工艺成本高，尤其是难以摆脱手工工艺实现大规模生产的缺点，其次用金属丝作增强骨架，橡胶与金属粘接其难度高于橡胶与尼龙纤维粘接，同时橡胶不能完全包裹钢丝，其工作电阻值将大为下降。而要完成复合橡胶垫板的机械化的连续高效生产，首先就要遇到切割混杂着大量高强、高韧纤维织物的混炼胶的切割难题，而且切割量又非常大。现有的切割机，无论机械式（滚切、裁切、剪切、锯切、冲切）,还是线切割、等离子、超声波、激光、射流、电弧等等，对于切割金属、单纯橡胶、塑料、混凝土、石材、木材都是很成熟或相对成熟的技术，但遇到前述这种混炼胶生料中夹杂着柔软而坚韧的高强纤维的复合叠层板，要作连续高效的切割，都是十分困难甚至无能为力，更不用说集成配套了。

发明内容

本发明采用高强、高韧性纤维材料增强常规橡胶的低成本办法，对橡胶垫板进行改性，克服上述技术中存在之不足，提供一种主要应用于缓冲垫板（层），尤其是用于工作环境恶劣的铁路钢轨与混凝土轨枕之间的轨下复合橡胶垫板和它的制备方法以及该复合橡胶垫板坯件联合成型机。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案如下：一种复合橡胶垫板，其特征在于包括两个面胶层和用于提高抗压强度、抗蠕变和耐磨性能、扩大垫板使用环境温度范围的芯层；所述芯层是垫板的主承力结构，由高强度、高韧性纤维纺织成的帘子布或子口布与混炼胶构成的夹胶布叠合而成的复合层。前述芯层由2～5层夹胶布构成

本发明中所述复合橡胶垫板更加优选的材料方案所述高强度、高韧性纤维是尼龙纤维或聚酯纤维。                              

本发明还提供了一种复合橡胶垫板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①选用一种高强度、高韧性的纤维纺织成的帘子布或子口布作为混炼橡胶的增强材料，实现单向或双向增强;

②用橡胶压延机，将混炼胶与帘子布或子口布制成夹胶布的复合单层，经冷却并加隔布后卷成夹胶布预制卷材，备用；

③配选耐磨性能好的混炼橡胶，在开炼机上出片，经冷却并加隔布卷成面胶预制卷材，备用；

④按顺序放置夹胶布预制卷材和面胶预制卷材，并剥离夹胶布和面胶卷的隔布，之后完成夹胶布和面胶的叠合、碾压，形成全幅宽的带状叠层板；

⑤采用切刀，先后对步骤④中形成的带状叠层板进行纵向和横向两次切割，形成由面胶层-芯层-面胶层构成的复合垫板的预制坯件；

⑥上述坯件经检验后，再送到安装了垫板模具的硫化机上完成固化成型工序，修去飞边，就是该垫板的最终制品。

为了实现上述复合橡胶垫板的制备方法，本发明进一步提供了一种复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于包括主机、上料架和隔布剥离装置，所述主机和隔布剥离装置分别安装在上料架的两端；

所述上料架与主机连接处设有一拼接台，拼接台的入口端装有叠压辊，在叠压辊与隔布剥离装置之间的上料架上安装有两个面胶卷和一个以上的夹胶布卷；

所述主机上设有进料口和出料口，其中进料口与拼接台在同一水平位置上，出料口设置在与进料口相对的另一侧；主机内与进料口相邻处设有将进料切成定宽度带状料的犁式纵切刀系统，在犁式纵切刀系统与出料口之间装有牵引压辊副，所述牵引压辊副由安装在其侧面的动力设备带动，所述出料口内装有将带状进料切成定长块状的横切刀系统；

所述隔布剥离装置由若干剥布筒构成，这些剥布筒都安装在上料架尾部，采用链条传动。

上述复合橡胶垫板坯件的联合成型机中更加优选技术方案是，其中每个所述剥布筒的轴端均装有链轮，其中一个为驱动链轮，该驱动链轮带动其它链轮。

上述复合橡胶垫板坯件的联合成型机中更加优选的是所述犁式纵切刀系统由若干副犁式刀所构成，每副犁式刀由夹板和若干薄刀片组组成；所有犁式刀均串联于同一轴上，用键和紧定螺丝连接，犁式刀间距可调；该轴与机座活动连接，可通过轴端的手柄操作犁式刀的放下、抬起动作。

横切刀系统由抬升气缸、横切气缸、横切刀架、刀片组、刀杆、滑轮和滑槽组成，所述横切刀架上设有滑槽，两个所述抬升气缸安装在横切刀架上，支撑并控制横切刀架升降运动，横切气缸安装在横切刀架端头并与刀杆连接，刀杆通过滑轮悬挂于横切刀架的滑槽上并可沿该滑槽在横切刀架上左右移动，且刀杆上安装若干副刀片组。

上述复合橡胶垫板坯件的联合成型机中横切刀系统进一步的技术方案是：所述犁式纵切刀系统和横切刀系统中刀片组由数片薄刀片组成，刀片的厚度不大于0.5mm，每组刀片组的刀片伸出长度都是逐步加长，使切割口逐步加深，最后切通。

本发明所提供的复合橡胶垫板主要用于铁路轨道结构中钢轨与混凝土轨枕之间的垫层；或用于房屋的基础隔震，它在长期恒载作用下变形很小；或用于动力设备的隔震垫。其次本发明还可以作为一种材料向市场提供一种隔震垫板的优质材料，用户依据设计自行剪裁、叠摞，以满足不同场合的刚度和变形量要求。

本发明采用复合增强橡胶代替单纯橡胶制品，不但提高了产品的抗压强度、耐磨强度，而且抑制了橡胶制品的蠕变变形，因而延长了垫板的使用寿命，且成本增加不多，用作铁路的轨下垫板，降低铁路维修成本，并扩大其使用的环境温度，-45℃时弹性衰退不明显，脆性转变温度低于-60℃，从而使垫板成为通用，不必再区分耐寒型和普通型，适应极端环境的气候变化。该垫板还扩大了它的应用领域，如为动力设备提供质优价廉的减震缓冲装置和抗震房屋基础隔震层，因为它能耐受长期恒载（如支承几十年的房屋自重）而变形很小，还能通过裁剪、叠摞，以便满足不同的刚度或变形量要求。同时，采用本发明的工艺方法后该复合橡胶垫板就能进行大规模的工业化生产，从而保证其产品质量的可靠性和均一性。

附图说明

图1是本发明复合橡胶垫板坯件结构示意图。

图2是复合橡胶垫板结构示意图。

图3是用于铁路轨道结构中的轨下复合橡胶垫板结构示意图。

图4是复合橡胶垫板坯件的联合成型机中主机主视图。

图5是复合橡胶垫板坯件的联合成型机主机侧视图。

图6是复合橡胶垫板坯件的联合成型机总体结构示意图。

图7是复合橡胶垫板坯件的联合成型机的隔布剥离装置结构示意图。

图8是复合橡胶垫板坯件的联合成型机的主机中的横切刀系统结构示意图。

图9是本发明中犁式纵切刀系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

如图1、2、3所示，该复合橡胶垫板3包括两个面胶层2和用于增强抗压强度与扩大垫板使用环境温度范围及其应用领域的芯层；所述芯层是由2～５层夹胶布叠合而成的复合层，其中夹胶布是由高强度纤维纺织成的帘子布或子口布1与混炼胶压合而成。夹胶布的层数在实际生产中可根据对产品的性能要求进行相应的增减。而前面所述的高强度纤维可以采用尼龙纤维或聚酯纤维等韧性纤维。而面胶层２是由比夹胶布层中的混炼胶的耐磨性能更好的混炼胶压制成的，用以保护芯层和延长产品的使用寿命。

其中图1为本发明的产品硫化前的预制坯件外形图，四周边为规整的切开面,该图可清晰显示具有帘子布或子口布1和橡胶构成的层状构造。图2为本发明复合橡胶垫片的结构示意图，图3为用于铁路轨道结构中的轨下复合橡胶垫板的结构示意图。图中该复合橡胶垫板3和轨下复合橡胶垫板4显示了带有沟槽的产品的外形，沟槽提供了弹性变形的空间。其中轨下复合橡胶垫板4使用时其顶面与钢轨接触，底面与混凝土轨枕接触，沟槽还提供列车通过时车轮反复碾压时材料散热通道。芯层中的帘子布或子口布1分布于橡胶之中，图中的帘子布或子口布1的流线形弯曲形状和分布疏密，是坯件在模腔内硫化过程中自动形成的一种合理的承力结构形态，犹如钢筋混凝土梁中的钢筋形状和分布。

如图6所示的复合橡胶垫板坯件的联合成型机，其结构和运作如下：

联合成型机包括主机、上料架11和隔布剥离装置12。所述的主机和隔布剥离装置12分别安装在上料架11的两端。所述的上料架11与主机连接处设有一段拼接台18，拼接台18的入口端装有叠压辊17，在叠压辊17与隔布剥离装置12之间的上料架11上安装有两个面胶卷13和两个以上的夹胶布卷14，位于该成型机主机出料口9下方还有一集料箱20，方便成型坯件的收集。

如图4、5所示，主机上设有进料口5和出料口9，其中进料口5与拼接台18在同一水平位置上，出料口9设置在与进料口5相对的另一侧；主机内与进料口5相邻处设有犁式纵切刀系统6，在犁式纵切刀系统6与出料口9之间装有牵引压辊副7，所述牵引压辊副7由安装在其侧面的动力设备10带动；所述出料口9的内测装有横切刀系统8。

图5、9为所述的犁式纵切刀系统的结构示意图，该犁式纵切刀系统6是由若干副犁式刀所构成的，犁式刀由夹板和若干厚度不大于0.5毫米薄刀片组成，而刀片伸出长度是逐步增加的；所有犁式刀均串联于同一轴上，用键和紧定螺丝连接，犁式刀间距可调；该轴与主机机座活动连接，并可通过轴端的手柄35操作犁式刀的落下、抬起动作，以实现纵向切割目标；而且由于刀片长度是逐步增加的，使切割过程逐步深入，切口逐步张开，最后割通，因而切割阻力小，刀具寿命长。

图8是所述的横切刀系统的结构示意图，横切刀系统8由横切刀架28、抬升气缸29、横切气缸34、刀片组30、刀杆31、滑轮32和滑槽33组成。所述横切刀架28上设有滑槽33，两个所述抬升气缸29安装在横切刀架28两端，用于支撑横切刀架28，并控制其升降运动，横切气缸34安装在横切刀架28端面并与刀杆31连接，刀杆31通过滑轮32悬挂于横切刀架28的滑槽33上，并可沿该滑槽33作左右移动，且刀杆31上安装若干薄刀片组30。其中所述刀片的厚度不大于0.5mm。同纵切刀一样，其中的刀片在组合时也要使各刀片伸出长度逐步增加。

在所述牵引压辊副7的牵引下，全幅宽的带状叠层板作连续的后送运动，当落下犁式纵切刀6，即可将运动中的进料切成一条条定宽的料带；在所述出料口9内侧装有横切刀系统8,后送的带状进料经过时，再由它切成定长块状的坯件。

如图7所示，隔布剥离装置12由若干剥布筒22构成。这些夹胶布卷14和剥布筒22的数量可按产品的需要进行增减。剥布筒22都安装在上料架11尾部，采用链传动方式，每个剥布筒的轴上均装有链轮25，且链轮25之间分别由两根链条23、24连接，其中安装于同一动力轴上两个链轮26作为驱动链轮，其余为从动链轮；动力轴27通过联轴节与驱动装置相连。图中以箭头表示出各部分的运行方向。主机与隔布剥离装置应同时启动，并通过调速装置使整个系统协调工作。

工作时，横切刀系统的动作是：当带状叠层料板后送至设定长度时，触发行程开关，使抬升气缸下压，止动了带状叠层料板，同时启动横切气缸34，完成一组坯件的横切动作。当这一动作终了，系统就会触发另一行程开关，所有气缸启动复位动作，横切系统回到待命状态，等待下一个循环的触发信号。如此往复，复合橡胶垫板坯件的联合成型机，即可自动而高效地实现复合橡胶垫板坯件连续生产。

在本发明的复合橡胶垫板坯件的联合成型机中，正是因为采用了这两种独特的刀具及其切割技术，有效地解决了现有切割技术不能切断含有大量高强度、高韧性纤维的坯件材料，或者切割效果极差、刀片易损，致使设备无法连续工作。

本发明还提供了一种复合橡胶垫板的制备方法,该方法主要是采用上述复合橡胶垫板坯件的联合成型机来实现的，其包括如下步骤：

①选用一种高强、高韧纤维纺织成的帘子布或子口布作为混炼橡胶的增强材料，实现单向或双向增强;单、双向增强主要是指对布料平面内实现单向或双向增强。

②用橡胶压延机，将混炼胶与帘子布或子口布制成一个夹胶布的复合单层，经冷却并加隔布后卷成夹胶布预制卷材，备用；

③配备耐磨性能好的混炼橡胶，在开炼机上出片，经冷却并加隔布卷成面胶预制卷材，备用；

④在复合橡胶垫板坯件联合成型机上按面胶层-芯层-面胶层的分布顺序放置夹胶布预制卷材和面胶预制卷材，并剥离面胶和夹胶布上的隔布再完成夹胶布和面胶的叠合、碾压，形成全幅宽的带状叠层板；

⑤采用上述复合橡胶垫板坯件的联合成型机中的两组特种切刀，先后对步骤④中形成的全幅宽带状叠层板进行纵向和横向切割，形成由面胶层-芯层-面胶层构成的复合垫板的预制坯件；

⑥上述坯件经检验后，再送到安装了垫板模具的硫化机上完成固化成型工序，修去飞边，就是该垫板的最终制品。

该方法结合专用设备坯件联合成型机的具体操作如下：

首选选用一种尼龙纤维或其他高强、高韧纤维纺织成的帘子布或子口布作为混炼橡胶的增强材料，实现单向或双向增强;用橡胶压延机，将该混炼胶与帘子布或子口布制成一个夹胶布的复合单层，经冷却并加隔布后卷成夹胶布预制卷材，备用；面胶选择相对夹胶布预制卷材中的混炼胶耐磨性能更佳的橡胶混炼胶，在开炼机上出片，经冷却并加隔布卷成面胶预制卷材，备用；上述两种混炼胶都是经过充分混炼，性能合格而质地均匀的生料。然后在坯件联合成型机(见附图6)的上料架11上，先按面胶预制卷材-夹胶布预制卷材-面胶预制卷材的顺序放置预制料卷，再用人工分别顺序地牵拉各卷的料头到拼接台18上，剥去隔布后叠压，并将叠压好的料头引入主机；与此同时，分别将隔布头按附图6中所示顺序人工牵拉并卷到相应的剥布筒上，然后开动主机和隔布剥离装置，在压辊副的牵引下，完成叠合、并分阶段由轻到重的多次碾压，形成全幅宽的带状叠层板，并作连续的后送运动；运动中全幅宽叠层板，借助于犁式纵切刀和横切刀，高效地完成纵向和横向切割工序，最后出料口送出的就是复合垫板的预制坯件。

上述的整个过程，主机可以是连续工作的，直至更换料卷。各料卷的料长通常大于100米，难免长短不一，为了提高工效，当料卷中的第一个尾部接近叠压辊17时，即应停机，剪断料头，更换全部料卷。拼接新料时的接缝应错开50厘米以上的距离，并在进入叠压辊17前完成。全部就绪后，重启系统，开始新的一轮作业。

复合垫板的预制坯件是由面胶层-芯层-面胶层所构成的，其中的增强橡胶的芯层，可根据制品的需要，设置为2～5个夹胶布的复合单层。该坯件经检验后，再送到安装了垫板模具的硫化机上加热、加压并保持一定的时间，就完成了固化成型工序，修去飞边，就是该垫板的最终制品。

本发明在坯件制作中，由于使用了坯件联合成型机，它能连续地完成一系列工序，故生产效率极高。但最后一道硫化工序，虽然工艺成熟、技术单纯、设备配套且厂家甚多，却受硫化反应的速度限制和间断式作业模式，决定了它耗时较长，其生产效率远低于坯件生产。为优化产业配置，宜将这道工序分散至多个硫化点上去完成，逐步形成一个生产网络。既提高效益又节省投资，又可扶持现有同行老厂，同时促进新产品的推广应用。

本发明并不仅限于以上实施方式，本领域的技术人员根据上述技术方案未经过创造性劳动即作出的一般性改进亦仍属于本发明请求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种复合橡胶垫板，其特征在于包括两个面胶层和用于提高抗压强度、抗蠕变和耐磨性能、扩大垫板使用环境温度范围的芯层；所述芯层是垫板的主承力结构，由高强度、高韧性纤维纺织成的帘子布或子口布与混炼胶构成的夹胶布叠合而成的复合层；所述复合橡胶垫板的制备方法包括以下步骤：

①选用高强度、高韧性的纤维纺织成的帘子布或子口布作为混炼橡胶的增强材料，实现单向或双向增强;

②用橡胶压延机，将混炼胶与帘子布或子口布制成夹胶布的复合单层，经冷却并加隔布后卷成夹胶布预制卷材，备用；

③配选耐磨性能好的混炼橡胶，在开炼机上出片，经冷却并加隔布卷成面胶预制卷材，备用；

④按顺序放置夹胶布预制卷材和面胶预制卷材，并剥离夹胶布和面胶卷的隔布，之后完成夹胶布和面胶的叠合、碾压，形成全幅宽的带状叠层板；

⑤采用切刀，先后对步骤④中形成的带状叠层板进行纵向和横向两次切割，形成由面胶层-芯层-面胶层构成的复合垫板的预制坯件；

⑥上述坯件经检验后，再送到安装了垫板模具的硫化机上完成固化成型工序，修去飞边，就是该垫板的最终制品。

2.根据权利要求1所述的复合橡胶垫板，其特征在于所述芯层由2～5层夹胶布构成。

3.根据权利要求1所述的复合橡胶垫板，其特征在于所述高强度、高韧性纤维是尼龙纤维或聚酯纤维。

4.一种制备权利要求1所述的复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于包括主机、上料架和隔布剥离装置，所述主机和隔布剥离装置分别安装在上料架的两端；

所述上料架与主机连接处设有一拼接台，拼接台的入口端装有叠压辊，在叠压辊与隔布剥离装置之间的上料架上安装有两个面胶卷和一个以上的夹胶布卷；

所述主机上设有进料口和出料口，其中进料口与拼接台在同一水平位置上，出料口设置在与进料口相对的另一侧；主机内与进料口相邻处设有将进料切成定宽度带状料的犁式纵切刀系统，在犁式纵切刀系统与出料口之间装有牵引压辊副，所述牵引压辊副由安装在其侧面的动力设备带动，所述出料口内装有将带状进料切成定长块状的横切刀系统；

所述隔布剥离装置由若干剥布筒构成，这些剥布筒都安装在上料架尾部，采用链条驱动。

5.根据权利要求4所述的复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于所述夹胶布卷为2～5个。

6.根据权利要求4所述的复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于所述犁式纵切刀系统由若干副犁式刀所构成，每副犁式刀由夹板和若干薄刀片组组成；所有犁式刀均串联于同一轴上，用键和紧定螺丝连接，犁式刀间距可调；轴与机座活动连接，可通过轴端的手柄操作犁式刀的放下、抬起动作。

7.根据权利要求4所述的复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于所述横切刀系统由抬升气缸、横切气缸、横切刀架、刀片组、刀杆、滑轮和滑槽组成，所述横切刀架上设有滑槽，两个所述抬升气缸安装在横切刀架上，支撑并控制横切刀架升降运动，横切气缸安装在横切刀架端头并与刀杆连接，刀杆通过滑轮悬挂于横切刀架的滑槽上并可沿该滑槽在横切刀架上左右移动，且刀杆上安装若干副刀片组。

8.根据权利要求7所述的复合橡胶垫板坯件联合成型机，其特征在于所述刀片组由数片薄刀片组成，刀片的厚度不大于0.5mm，每组刀片组的刀片伸出长度都是逐步加长，使切割口逐步加深，最后切通。

9.根据权利要求1所述复合橡胶垫板的用途，其特征在于该复合橡胶垫板主要用于铁路轨道结构中钢轨与混凝土轨枕之间的垫层；或用于房屋的基础隔震，它在长期恒载作用下变形很小；或用于动力设备的隔震垫。

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